一台渦槳發動機是如何工作的，多圖秒懂

渦槳發動機結合了噴氣機動力的可靠性，同時有兼具螺旋槳的高效率，能夠為飛機從低海拔到中海拔提供優良的動力性能。渦槳發動機適用於安全、高效的區域航行，適用於50多座的通航客機和小型飛機，那他們是如何工作的呢？

在所有的渦槳發動機中，最受歡迎的是加拿大普惠公司的PT6系列發動機，自該發動機在20世紀60年代投入使用以來，已經生產了超過41,000台PT6A發動機，累計飛行時間超過3.35億小時。PT6發動機經過不斷的改進和該型，該系列型號高達69型，功率範圍覆蓋從500軸馬力（SHP）到超過2,000軸馬力。雖然並非所有的渦槳發動機都與PT6發動機完全相同，但是它們都遵循相同的基本概念，由於PT6系列發動機的廣泛應用，它是一個很好的例子。

逆流進氣

與渦扇或渦噴飛機不同，外部空氣進入渦槳發動機是通過一種逆流的方式，如PT6發動機所示。

發動機的進氣道位於螺旋槳的下方或旁邊，氣流向後進入發動機進氣道，在到達進氣道後面的極限時，空氣轉回180度向飛機前部流動。

除此之外，空氣在到達燃燒室時再次反轉方向2次，從而允許發動機的長度更短，更緊湊。

壓縮

第一個壓氣機端是「軸向流動」，使用一系列翼型的旋轉葉片來加速和壓縮空氣。它被稱為軸流式壓氣機，因為空氣沿平行於發動機軸的方向穿過發動機。當空氣穿過壓氣機時，每組葉片都比前面要小，為空氣增加了更多能量和壓力。

每組壓氣機動葉之間還有稱之為「靜葉」的不動翼型葉片。這些靜葉（也稱為定子）通過將旋轉能量轉換成靜壓來增加空氣的壓力。靜葉還調整空氣流動進入下一組旋轉葉片的角度，換句話說，它們可以拉直並穩定空氣流動的方向。（網上曾有一個老外的視頻，如果沒有靜子葉片，全是轉子，當你用吹風機吹時，你會發現，只有前面的葉片動，後面的葉片並不動）

在通過軸流式壓氣機壓縮之後，空氣會進入一個離心式壓氣機，在該壓氣機段，空氣向外拋出，遠離發動機核心，流向燃燒室，空氣的流向又旋轉了90度。

燃燒

燃燒器是點火發生的地方，當空氣離開壓氣機進入燃燒室後，它與燃料混合併被點燃。這聽起來很簡單，但實際上這是一個非常複雜的過程。這是因為燃燒器需要保持燃料/空氣混合物的穩定，恆定燃燒，同時空氣又以極快的速度通過燃燒室。

燃燒室的前段是一個擴散器（diffuser）用來減緩壓氣機過來的空氣流動，使其更容易點燃。發動機頭部（dome）和旋流器（swirler）增加了空氣的湍流，使得空氣可以更容易與燃料混合。正如您可能猜到的那樣，燃油噴射器噴嘴（nozzles）將燃油噴射到空氣中，形成可以點燃的燃料/空氣混合物。在那裡，火焰筒（liner）是實際燃燒發生的地方。火焰筒（liner）有幾個入口，允許空氣進入燃燒區的多個點。

點火器（igniters）是燃燒階段的最後部分，它們與汽車或活塞發動機的火花塞非常相似。一旦點火器點燃火焰，然後火焰就會自我維持穩定燃燒，點火器將會關閉（儘管它經常在惡劣天氣和結冰條件下用作備用）。

渦輪

一旦空氣通過燃燒室，它就會流過渦輪，渦輪也是一系列的翼型葉片，與軸流式壓氣機的葉片非常相似。當高溫的燃氣高速的流過渦輪葉片時，它的熱能被轉換為機械能，帶動核心機旋轉，並帶動與核心機軸鏈接的所有附件一起轉動，大約有70%的發動機總功率將用於壓氣機和附件的驅動。

雖然渦輪可以以超過37,000rpm的速度旋轉發動機軸的後部（壓氣機部分和發動機驅動的附件），但它卻無法驅動螺旋槳。通常核心機後面還有一個完全獨立的第二軸系用來驅動螺旋槳。

因此經過渦輪的氣流接下來會進入發動機的動力渦輪，這些動力渦輪同樣像核心機那樣，具有翼型葉片，動力渦輪可以直連螺旋槳，為其提供旋轉動力，大約30%的發動機總功率被用在PT6發動機中用來旋轉螺旋槳。

動力渦輪

有趣的事實：因為PT6發動機是一種自由渦輪式渦槳發動機，理論上，你可以在發動機啟動時，用手保持螺旋槳靜止。因為旋轉螺旋槳的唯一方法是通過動力渦輪，而動力渦輪與發動機的核心機是完全分開的，所以可以想像，在極低功率下，核心機出來的氣流經過動力渦輪時，螺旋槳可以保持靜止......但請不要在機場嘗試。

減速齒輪箱

由於渦槳發動機的動力渦輪轉速仍然可能高達大約33,000rpm，而大多數PT6發動機的螺旋槳的轉速大約在1900rpm，因此需要安裝一系列的減速齒輪。

下一個？你猜對了......推力。現在螺旋槳以合理的速度旋轉，螺旋槳能夠產生推力。

排氣

一旦通過動力渦輪，廢氣就基本沒有實際用途了，它只是從發動機轉移出來並通過排氣管排出。在某些飛機中，廢氣也可以產生一部分推力，但它通常只佔總推力的百分之幾。螺旋槳產生的推力仍然是主力。

渦槳飛機的好處

雖然渦槳發動機通常比渦扇或渦噴發動機飛機具有更低的服務天花板，但它們每位乘客的燃料燃燒明顯更少。由於推進效率曲線，它們在速度低於400節（740.8km/h）時效率最高。雖然價格昂貴，但它們非常可靠。

這使得渦槳飛機成為相對較短的區域航班的完美動力引擎。這就是為什麼你會在Dash-8-Q400，Cessna Caravan，Pilatus PC-12和Beechcraft King Air等飛機上找到它們的原因。即便與活塞發動機相比，渦槳發動機的運動部件相對較少，振動較小，因此非常可靠。更好的是......他們燃燒航空煤油，每加侖比航空汽油便宜一美元！

螺旋槳的簡單目的是將發動機的制動馬力轉換為推力。就像翅膀一樣，螺旋槳會加速其弧面上的氣流。高速的空氣導致螺旋槳前方的靜壓降低，使翼型向前拉。

螺旋槳直徑

在理想情況下，可變直徑螺旋槳效率最高，低空速直徑大，高空速直徑小。由於結構，控制和重量問題，可變直徑螺旋槳是不實用的。相反，大多數螺旋槳的直徑大小允許在慢速和空速運行之間產生「中間級快樂」。

文章來源：兩機動力控制

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